§ 5. Свойства цементованной стали.

В начале главы указывались оптимальные количества углерода в поверхностном слое, приводящие к наиболее высоким свойствам цементованных изделий. На рис. 14 показано влияние концентрации углерода в поверхностном слое и глубины слоя на сопротивление стали 18Х2Н4ВА статическому изгибу, а на рис. 15—зависимость _ИЗГ и _-1 стали ЗОХГГ от концентрации углерода и различных режимов насыщения.

Рис. 14. Влияние концентрации углерода в поверхностном слое и глубины насыщения на прочность при изгибе стали 18Х2Н4ВА после цементации и термообработки

Как следует только из этих выборочных данных, свойства сталей после цементации очень высокие, однако в значительной степени зависят от режимов обработки. Даже комбинирование режимов с получением различного профиля углерода в слое и то существенно влияет на свойства. Режимы термообработки, приводящие к различным структурным состояниям слоя и сердцевины, также оказывают существенную роль. Повышенное количество остаточного аустенита в слое, например, повышает изгибную прочность, однако отрицательно сказывается на контактной выносливости. Наличие мелкодисперсных карбидов в поверхности снижает σ_изг и σ_-1 однако положительно влияет на контактную выносливость.

Температура отпуска после цементации, приводя к изменению концентрации углерода в мартенсите, также может существенно сказаться свойствах.

Оптимальной температурой отпуска для теплоустойчивых сталей, легированных Мо, W, Si, V, Ti является температура 200—230° С в отличие от остальных, где она составляет 160—180° С. Общей положительной характеристикой цементованного слоя является наиболее благоприятное распределение в нем внутренних остаточных напряжений. Наличие на поверхности высоких значений сжимающих напряжений как раз и обусловливает высокую изгибную и контактную усталостную выносливость.

Рис. 15. Предел прочности при изгибе и предел выносливости стали ЗОХГТ, цементованной по трем режимам с различным содержанием углерода в поверхности (1 режим — одноступенчатый — 0,8% С, 2 — двухступенчатый (1,3—1,4%) — 0,8% С, 3—1,3—1,4% С)

Наличие остаточного аустенита в поверхности, уменьшение тетрагональности мартенсита при низком отпуске способствует уменьшению уровня сжимающих напряжений в слое и снижению соответственно вышеназванных свойств. Существуют дополнительные способы повышения значений напряжений сжатия на поверхности: дробеструйная обработка (наклеп дробью), обкатка роликом и др.

Для нержавеющих сталей цементация, не ухудшая сопротивления коррозии, значительно улучшает износостойкость.

Единственным недостатком цементуемых сталей является их весьма низкая теплопрочность слоя (в отличие от азотирования), которая может быть повышена только введением больших количеств Si, Мо и W, что для серийного машиностроения является нетехнологичным и экономически невыгодным.